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GUIA DE CLASES “MATERIALES DE CONSTRUCCION”- UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA “JOSE SIMEON CAÑAS, UCA,
EL SALVADOR, CENTROAMERICA
Ing. Ricardo Castellanos Araujo
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UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA
“JOSE SIMEON CAÑAS”, UCA Departamento de Mecánica Estructural, Apartado Postal (01)168, Autopista Sur, San
Salvador, El Salvador, América Central
Materia: MATERIALES DE CONSTRUCCION
GUIA DE CLASES No. 6
MATERIALES DE CONSTRUCCION
El séptimo edificio
más alto del mundo
es el CITIC Plaza,
terminado en 1997,
fue brevemente el
edificio más alto en
China,
Ttiene una altura de
391 metros y tiene
80 pisos por encima
de la calle.
http://www.astroseti.org/vernew.php?codigo=926
4.6. Propiedades del mortero y el concreto.
4.6.1. Propiedades del mortero y del concreto endurecido.
http://dei.uca.edu.sv/mecanica/ (abril 2006)
En este apartado se presentan las principales características de los morteros y
concretos hidráulicos fabricados a base de “cementos hidráulicos” y de peso
volumétrico normal.
Cabe recordar que existen diferentes tipos de morteros y concretos que el
estudiante puede investigar: concreto asfáltico, concreto polimérico, concreto
aligerado, concreto ciclopeo, mortero epóxico, suelo cemento fluido, concreto
lunar, concreto flexible, concreto traslúcido, etc.
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PROPIEDAD CARACTERÍSTICAS Y/O VALOR
RESISTENCIA A LA COMPRESION
Esta depende del diseño de la mezcla, relación agua/cemento, y el grado en que haya avanzado la hidratación.
RESISTENCIA A LA TENSION
Esta es muy pequeña, por lo que para propósitos estructurales en diseño de elementos se desprecia. La resistencia a la tensión depende principalmente de la adherencia entre la pasta de cemento y los agregados en el concreto.
RESISTENCIA A LA FATIGA Depende principalmente de la resistencia a la compresión, las condiciones de humedad, la edad del concreto y la velocidad de la carga a soportar.
MODULO DE ELASTICIDAD (compresión)
Para concretos de peso normal, para el cual, el ACI recomienda para el cálculo del módulo de elasticidad la siguiente fórmula (en Kg/cm²):
Ec = 15,100 (f´c)1/2
Y para concretos cuyo peso oscila entre 1,400 y 2,480
kg/m3 se puede calcular con la fórmula siguiente:
Ec = 0.14 Wc 1.5
(f´c)1/2
Donde:
Ec = módulo de elasticidad del concreto, en kg/cm2.
Wc = peso unitario del concreto, ton/m3.
f´c = resistencia especificada a la compresión, en kg/cm2.
FLUJO PLASTICO
Depende en gran manera de la resistencia a la compresión, pero también de factores como: el tipo de cemento y agregados, y la edad del concreto cuando se carga por primera vez.
DUCTILIDAD No es un material dúctil, ya que poco después de alcanzar su deformación máxima se rompe instantáneamente; esto se conoce como “aplastamiento del concreto
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4.6.2. Resistencia del mortero y del concreto.
Adquisición de resistencia mecánica
http://www.monografias.com/trabajos4/concreto/concreto.shtml (abril 2006)
La velocidad de hidratación y adquisición de resistencia de los diversos tipos de
cemento Pórtland depende básicamente de la composición química del clinker y
de la finura de molienda. De esta manera, un cemento con alto contenido de
silicato tricálcico (C3S) y elevada finura puede producir mayor resistencia a
corto plazo, y tal es el caso del cemento tipo III de alta resistencia rápida.
En el extremo opuesto, un cemento con alto contenido de silicato dicálcico
(C2S) y finura moderada debe hacer más lenta la adquisición inicial de
resistencia y consecuente generación de calor en el concreto, siendo este el caso
del cemento tipo IV.
Dentro de estos limites de comportamiento, en cuanto a la forma de adquirir
resistencia, se ubican los otros tipos de cemento Pórtland.
En cuanto a los cementos Pórtland - modificados con puzolana, su adquisición
inicial de resistencia suele ser un tanto lenta debido a que las puzolanas no
aportan prácticamente resistencia a edad temprana. Las puzolanas son materiales
naturales o artificiales, que contienen sílice y/o aluminio, los cuales no
endurecen por si mismos; pero finamente molidos, reaccionan ante la presencia
de agua, con el hidróxido de calcio que se forma como consecuencia de la
hidratación del cemento.
Por otra parte, resulta difícil predecir la evolución de resistencia de estos
cementos porque hay varios factores que influyen y no siempre se conocen,
como son el tipo de clinker con que se elaboran y la naturaleza, calidad y
proporción de su componente puzolánico.
De acuerdo con las tendencias mostradas puede considerarse que, para obtener el
beneficio adecuado de resistencia de cada tipo y clase de cemento en función de
sus características, lo conveniente es especificar la resistencia de proyecto del
concreto a edades que sean congruentes con dichas características: 14, 28 o m90
días.
Generalmente se establece como parámetro de resistencia, el esfuerzo a la
compresión de un cilindro normado por la ASTM C-39 a los 28 días de edad.
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Resistencia a la compresión http://www.arqhys.com/resistencia-concreto.html (abril
2006)
La resistencia a la compresión se puede definir como el máximo esfuerzo
medido en un espécimen de concreto o de mortero a carga axial. Generalmente
se expresa en kilogramos por centímetro cuadrado (Kg/cm2) o en Mega pascales
(MPa), a una edad de 28 días y se le designa con el símbolo f’ c.
Para de terminar la resistencia a la compresión, se realizan pruebas a
especimenes cúbicos ( 5cm por lado) de mortero o cilindros que miden 15 cm de
diámetro y 30 cm de altura, para el caso de concretos.
La resistencia del concreto a la compresión es una propiedad física fundamental,
y es frecuentemente empleada el los cálculos para diseño de puente, de edificios
y otras estructuras:
Concreto de uso generalizado: entre 210 kg/cm² (20.5 Mpa) y 350
kg/cm² (34.2 Mpa).
Concreto de alta resistencia: al menos 420 kg/cm² (41.2 Mpa).
La gráfica que relaciona la resistencia a la compresión con la edad es la
siguiente:
También conviene relacionar la resistencia a la compresión con la relación agua-
cemento. http://www.melon.cl/html_construc_prof/webtipn8.htm#n6 (abril
2006). La investigación y la experiencia han demostrado que el factor de mayor
importancia en la resistencia del hormigón es el cuociente entre la cantidad de
agua de amasado y la de cemento (Ley de Abrams, 1919). Este cuociente se
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denomina relación Agua/Cemento (abreviada A/C) y se expresa como fracción
en peso de los materiales. Para un tipo de cemento, a menor relación A/C mayor
resistencia (ver Figura siguiente).
Además, se ha determinado que la resistencia del hormigón sigue dependiendo
principalmente de la relación A/C incluso ante variaciones en sus componentes
(proporción de áridos, dosis de cemento o agua), siempre que los áridos sean de
calidad, la mezcla sea plástica, trabajable y no presente segregación.
Ejemplo: para f’c= 210 kg/cm², la relación a/c sería 0.47
Resistencia a la flexión http://www.arqhys.com/resistencia-concreto.html (abril
2006)
La resistencia a la flexión del concreto se utiliza generalmente al diseñar
pavimentos y otras losas sobre el terreno. La resistencia a la compresión se
puede utilizar como índice de la resistencia a la flexión, una vez que entre ellas
se ha establecido la relación empírica para los materiales y el tamaño del
elemento en cuestión. Experimentalmente se ha comprobado que la resistencia a
la flexión, también llamada modulo de ruptura, para un concreto de peso normal,
está entre 1.99 y 2.65 veces el valor de la raíz cuadrada de la resistencia a la
compresión.
Resistencia a la tensión, cortante y torsión http://www.arqhys.com/resistencia-
concreto.html (abril 2006)
El valor de la resistencia a la tensión del concreto es aproximadamente de 8% a
12% de su resistencia a compresión y a menudo se estima como 1.33 a 1.99
veces la raíz cuadrada de la resistencia a compresión. La resistencia a la torsión
para el concreto esta relacionada con el modulo de ruptura y con las dimensiones
del elemento de concreto. La resistencia al cortante del concreto puede variar
desde el 35% al 80% de la resistencia a compresión. La correlación existe entre
Fc’ = 985/27 x
x= A/C
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la resistencia a la compresión y resistencia a flexión, tensión, torsión, y cortante,
de acuerdo a los componentes del concreto y al medio ambiente en que se
encuentre.
4.6.3. Comportamiento elástico, contracción y fluencia lenta.
Comportamiento elástico http://www.arqhys.com/resistencia-concreto.html (abril
2006) http://www.construaprende.com/Tesis/Cap1/Concreto2.html (abril 2006)
El modulo de elasticidad, denotando por medio del símbolo E, es un parámetro
para comprender la elasticidad de un material y se puedes definir como la
relación del esfuerzo normal con la deformación correspondiente para esfuerzos
de tensión o de compresión por debajo del límite de proporcionalidad de un
material.
El término deformaciones elásticas es un poco ambiguo, puesto que la curva
esfuerzo-deformación para el concreto no es una línea recta aun a niveles
normales de esfuerzo (ver figura siguiente), ni son enteramente recuperables las
deformaciones. Pero, eliminando las deformaciones plásticas de esta
consideración, la porción inferior de la curva esfuerzo-deformación instantánea,
que es relativamente recta, puede llamarse convencionalmente elástica. Entonces
es posible obtener valores para el módulo de elasticidad del concreto. El módulo
varía con diversos factores, notablemente con la resistencia del concreto, la edad
del mismo, las propiedades de los agregados y el cemento, y la definición del
módulo de elasticidad en sí, si es el módulo tangente, inicial o secante. Aún más,
el módulo puede variar con la velocidad de la aplicación de la carga y con el tipo
de muestra o probeta, ya sea un cilindro o una viga. Por consiguiente, es casi
imposible predecir con exactitud el valor del módulo para un concreto dado.
Curva típica esfuerzo-deformación para concreto de 350 kg/cm2.
Del solo estudio de las curvas de esfuerzo-deformación resulta obvio que el
concepto convencional de módulo de elasticidad no tiene sentido en el concreto.
Por lo tanto, es necesario recurrir a definiciones arbitrarias, basadas en
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consideraciones empíricas. Así, se puede definir el módulo tangente inicial o
tangente a un punto determinado de la curva esfuerzo-deformación y el módulo
secante entre dos puntos de la misma.
El módulo secante se usa en ensayes de laboratorio para definir la
deformabilidad de un concreto dado. La ASTM recomienda la pendiente de la
línea que une los puntos de la curva correspondiente a una deformación de
0.00005 y al 40% de la carga máxima.
Se han propuesto muchas relaciones que expresan el módulo de elasticidad en
función de la resistencia del concreto. Para concretos de peso normal, E fluctúa
entre 140,600 y 422,000 kg/cm², y se puede aproximar como 15,100 veces el
valor de la raíz cuadrada de la resistencia a compresión.
Ec = 15,100 (f´c)1/2
Asentamiento y sangrado http://www.monografias.com/trabajos4/concreto/concreto.shtml (abril 2006)
En cuanto el concreto queda en reposo, después de colocarlo y consolidarlo
dentro del espacio del molde, se inicia un proceso natural mediante el cual los
componentes más pesados (cemento y agregados) tienden a descender en tanto
que el agua, componente menos denso, tiende a subir. A estos fenómenos
simultáneos se les llama respectivamente asentamiento y sangrado, y cuando se
producen en exceso se les considera indeseables porque provocan cierta
estratificación en la masa de concreto, según la cual se forma en la superficie
superior una capa menos resistente y durable por su mayor concentración de
agua. Esta circunstancia resulta particularmente inconveniente en el caso de
pavimentos de concreto y de algunas estructuras hidráulicas cuya capa superior
debe ser apta para resistir los efectos de la abrasión mecánica e hidráulica.
Los principales factores que influyen en el asentamiento y el sangrado del
concreto son de orden intrínseco, y se relacionan con exceso de fluidez en las
mezclas, características deficientes de forma, textura superficial y granulometría
en los agregados (particularmente falta de finos en la arena) y reducido consumo
unitario y/o baja finura en el cementante. Consecuentemente, las medidas
aplicables para moderar el asentamiento y el sangrado consisten en inhibir la
presencia de dichos factores, para lo cual es pertinente:
Emplear mezclas de concreto con la consistencia menos fluida que pueda
colocarse satisfactoriamente en la estructura, y que posea el menor
contenido unitario de agua que sea posible, inclusive utilizando aditivos
reductores de agua si es necesario.
Utilizar agregados con buena forma y textura superficial y con adecuada
composición granulométrica; en especial, con un contenido de finos en la
arena que cumpla especificaciones en la materia.
Contracción http://www.arqhys.com/estabilidad-concreto.html (abril 2006)
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El concreto endurecido presenta ligeros cambios de volumen debido a
variaciones en la temperatura, en la humedad, y a esfuerzos aplicados. Estos
cambios de volumen o de longitud pueden variar de aproximadamente 0.01%
hasta 0.08%.
El concreto que se mantiene continuamente húmedo se dilatara ligeramente.
Cuando se permite que seque, el concreto se contrae. El principal factor que
influye en la magnitud de la contracción por el secado es el incremento en el
contenido de agua. La magnitud de la contracción también depende de otros
factores, como las cantidades de agregado empleado, las propiedades del
agregado, tamaño y forma de la masa de concreto, temperatura y humedad
relativa del medio ambiente, método de curado, grado de hidratación, y tiempo.
El contenido de cemento tiene un efecto mínimo a nulo sobre la contracción por
secado para contenidos de cemento entre 280 y 450 kg por metro cúbico.
Fluencia lenta (flujo plástico)
Cuando el concreto se somete a esfuerzos sostenidos resulta una deformación
adicional llamada fluencia. La velocidad de la fluencia (deformación por unidad
de tiempo) disminuye con el tiempo.
El flujo plástico se define como el incremento de la deformación del concreto
sujeto a un esfuerzo constante con el transcurso del tiempo. El flujo plástico es
particularmente importante en las estructuras de concreto presforzado, el cual
se emplea típicamente en puentes, losas de grandes claros, elementos
prefabricados, así como en columnas de edificios, las cuales están sometidas a
cargas por largo tiempo. Cuando en el diseño estructural no se considera el
flujo plástico del concreto, las estructuras pueden llegar a la falla.
Existen muchos factores que influyen en el flujo plástico del concreto, entre
los que podemos mencionar los siguientes:
• Relativos al concreto: relación agregado-cemento, relación agua-cemento,
tipo de agregado y su graduación, composición y finura del cemento,
contenido de humedad y edad al momento de la carga.
• Relativos a la estructura: intensidad y duración de la carga, humedad
ambiental y tamaño del elemento estructural.
• Relativos al agregado: menor flujo plástico a mayor tamaño máximo de
agregado: Los concretos que emplean agregados de origen andesítico,
presentan mayores valores de flujo plástico que aquellos que usan agregados
de origen calizo.
• Relativos a la resistencia a la compresión del concreto: cuanto mayor sea la
resistencia a la compresión, menor será el valor de flujo plástico del concreto,
considerando la misma intensidad de carga y condiciones geométricas de la
estructura y del ambiente.
La mejor manera que disminuir el flujo plástico del concreto es mediante el
uso de agregados de excelentes propiedades mecánicas, bajas relaciones
agua/cemento y concretos de alta resistencia, los cuales, se ha visto, tienen
menores valores de flujo plástico que los concretos de menor resistencia.
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4.6.4. Efectos de la temperatura.
El calentamiento producido por la hidratación del cemento expande al concreto,
de manera que posteriormente al enfriarse sufre una contracción, normalmente
restringida, que genera esfuerzos de tensión capaces de agrietarlo. La posibilidad
de que esto ocurra tiende a ser mayor a medida que aumenta la cantidad y
velocidad de generación de calor y que disminuyen las facilidades para su pronta
disipación. Es decir, el riesgo de agrietamiento de origen térmico se incrementa
cuando se emplea un cemento de alta y rápida hidratación, como el tipo III, y las
estructuras tienen gran espesor. Obviamente, la simultaneidad de ambos factores
representa las condiciones pésimas en este aspecto.
En lo referente a los cementos portland-puzolana, su calor de hidratación
depende del tipo de clinker que contiene y de la actividad y proporción de su
componente puzolánico. De manera general se dice que una puzolana aporta
aproximadamente la mitad del calor que genera una cantidad equivalente de
cemento. Por consiguiente, cuando se comparan en este aspecto dos cementos,
uno portland y otro portland-puzolana elaborados con el mismo clinker, puede
esperarse en el segundo una disminución del calor de hidratación por una
cantidad del orden de la mitad del que produciría el clinker sustituido por la
puzolana, si bien es recomendable verificarlo mediante prueba directa porque
hay casos en que tal disminución es menor de lo previsto (16).
Concreto en climas calurosos. http://fic.uni.edu.pe/construccion/concreto/Concreto%202/Concreto%20en%20Climas%2
0Calidos.ppt (abril 2006)
Se define clima caluroso a la combinación de las siguientes condiciones que
tiendan a deteriorar la calidad del concreto recién mezclado o del endurecido al
acelerar la rapidez de hidratación del cemento: alta temperatura ambiental
(mayor que 30º C); alta temperatura en el concreto; baja humedad relativa del
aire; fuerte velocidad del viento y gran radiación solar.
Estas condiciones severas producen la necesidad de mayor cantidad de agua;
mayor rapidez de perdida de revenimiento y la tendencia correspondiente a
agregar agua en el sitio de la obra. También se produce una mayor rapidez de
fraguado que implica una mayor dificultad con el manejo, compactación y
terminado. En consecuencia se tiene una mayor propensión a la contracción por
secado y a agrietamiento por diferencias de temperatura ya sea por enfriamiento
de toda la estructura o por diferenciales de temperatura dentro de la sección
transversal del miembro.
Los concretos que se mezclan, colocan y curan a temperaturas elevadas
normalmente desarrollan mayores resistencias tempranas que los concretos
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producidos y curados a menores temperaturas.
Las altas temperaturas del concreto, la alta temperatura del aire, la alta
velocidad del viento, y la baja humedad, inducen una evaporación rápida del
agua superficial y aumentan considerablemente la probabilidad de que ocurra el
agrietamiento por contracción plástica.
Un límite que puede ser adecuado para un caso especial podría resultar
insatisfactorio para otros, por lo que se recomienda que para algunas
temperaturas comprendidas entre 24 y 38ºC existe un límite que resulta el más
recomendable para obtener los mejores resultados en cada operación de colado
en climas calurosos y dicho límite deberá determinarse para el trabajo en
particular.
El agua tiene un calor específico del orden de cuatro o cinco veces el del
cemento o de los agregados, la temperatura del agua de mezclado tiene el efecto
más pronunciado por unidad de peso sobre la temperatura del concreto.
La temperatura del agua es más fácil de controlar que la de los otros
componentes, el agua fría reducirá la temperatura de colocación del concreto
4.5ºC.
4.6.5. Durabilidad.
La durabilidad es el mayor problema de las estructuras de concreto en muchas
partes del mundo. Se detectaron numerosos casos de durabilidad inadecuada de
estructuras de concreto construidas en los años sesenta y setenta, que se debían a
la selección de mezclas de concreto con base únicamente en la resistencia. De
hecho, debido a los cambios en las propiedades del cemento, la misma
resistencia que había sido previamente especificada podía ahora obtenerse con
una relación agua/cemento más alta. En consecuencia, para una resistencia dada
a 28 días, el concreto era más permeable que el concreto de los años cincuenta.
Los factores que afectan la durabilidad del concreto son tanto extrínsecos como
intrínsecos, de modo que para tomarlos debidamente en cuenta, el diseñador
debe tener un buen conocimiento de los fenómenos químicos y físicos de la
interacción entre el concreto y el medio ambiente:
Acciones físicas como fisuras en el concreto, cambios volumétricos en
estado plástico, y cambios volumétricos en estado endurecido
Acciones mecánicas, como el efectos de las cargas en el tiempo
(fluencia), sobrecargas y deformaciones impuestas: vibraciones
excesivas; daños por abrasión y patologías por acción del fuego y
explosiones.
Acciones químicas, como el ataque de ácidos, lixiviación por aguas
blandas, carbonatación. ataque de sulfatos, ataque de cloruros y la
expansión destructiva de las reacciones álcali - agregado.
Acciones biológicas, como la bioreceptividad del concreto, mecanismos
de deterioro biológico y por microorganismos.
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Corrosión del acero de refuerzo
Existen otros ejemplos de la relación entre el comportamiento del concreto y el
desempeño de las estructuras de concreto en servicio. Un ejemplo es la
influencia de la forma de la estructura sobre la durabilidad; las losas de
malecones en las aguas del mar son menos susceptibles de corrosión del
refuerzo que la construcción con vigas y tableros.
El problema de durabilidad de las estructuras de concreto se debe considerar
bajo los siguientes aspectos:
La clasificación de la agresividad del medio ambiente
La clasificación de la resistencia del concreto al deterioro
Los modelos (preferentemente numéricos) del deterioro y envejecimiento
de las estructuras de concreto.
La vida útil deseada, o sea, el período de tiempo en el cual se desea que
la estructura atienda ciertos requisitos funcionales con un mínimo de
mantenimiento. Generalmente se toma un valor de referncia de vida útil
de 50 años.
La clasificación de la agresividad del ambiente, con base en las condiciones de
exposición de la estructura o de sus partes, debe tener en cuenta el micro y el
macro clima actuantes sobre la obra en sus partes críticas.
Ciertas combinaciones de acción física superficial, tales como abrasión y
cavitación aumentan la velocidad de ataque químico y pueden conducir al
aumento de un grado en la clase de agresividad.
Los modelos numéricos de deterioro o envejecimiento de las estructuras,
también deben ser considerados por separado, bien estén relacionados con la
corrosión de las armaduras o con el deterioro del concreto.
Para la corrosión del refuerzo existen actualmente modelos de envejecimiento,
mientras que para el deterioro del concreto (velocidad de deterioro por sulfatos,
por lixiviación, por reacción álcali-agregado y otras formas de deterioro) aún
no existen modelos matemáticos satisfactorios, por lo que hay que basar las
condiciones de durabilidad en valoraciones cualitativas.
4.7. Aditivos químicos http://www.monografias.com/trabajos4/concreto/concreto.shtml (abril 2006)
Debido a que los componentes básicos del concreto hidráulico son el cemento, el
agua y los agregados, cualquier otro ingrediente que se incluya en su elaboración
puede ser considerado, literalmente hablando, como un aditivo.
Sin embargo, en la práctica del concreto hidráulico convencional, no se
consideran aditivos las puzolanas y las escorias cuando forman parte de un
cemento Pórtland-puzolana. Pórtland-escoria, ni tampoco las fibras de refuerzo.
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Con estas salvedades, resulta válida la definición propuesta por el Comité ACI
116(26), según la cual un aditivo es un material distinto del agua, los agregados,
el cemento hidráulico y las fibras de refuerzo, que se utiliza como ingrediente
del mortero o del concreto, y que se añade a la revoltura inmediatamente antes o
durante el mezclado.
La interpretación que puede darse a esta definición es que un material sólo
puede considerarse como aditivo cuando se incorpora individualmente al
concreto, es decir, que se puede ejercer control sobre su dosificación. De esta
manera, las puzolanas y las escorias solamente son aditivos si se les maneja y
administra por separado del cemento Pórtland. Lo cual no deja de ser más bien
una cuestión de forma, ya que cualitativamente sus efectos son los mismos que
si se administran por conducto del cemento.
Para complementar la definición anterior, tal vez cabria añadir que los aditivos
para concreto se utilizan con el propósito fundamental de modificar
convenientemente el comportamiento del concreto en estado fresco, y/o de
inducir o mejorar determinadas propiedades deseables en el concreto
endurecido.
El comportamiento y las propiedades del concreto hidráulico, en sus estados
fresco y endurecido, suelen ser influidos y modificados por diversos factores
intrínsecos y extrínseco. Los intrínsecos se relacionan esencialmente con las
características los componentes y las cantidades en que éstos se proporcionan
para laborar el concreto. En cuanto a los extrínsecos, pueden citarse
principalmente las condiciones ambientales que prevalecen durante la
elaboración y colocación del concreto, las prácticas constructivas que se
emplean en todo el proceso desde su elaboración hasta el curado, y las
condiciones de exposición y servicio a que permanece sujeta la estructura
durante su vida útil.
Las principales razones del empleo de aditivos en concreto y mortero son:
Reducir el costo de la construcción de concreto.
Obtener algunas propiedades en el concreto de manera más efectiva.
Asegurar la calidad del concreto durante las etapas de mezclado,
transporte, colocación y curado en condiciones ambientales adversas.
Superar ciertas eventualidades durante las operaciones de colado.
Se deben realizar mezclas de prueba con el aditivo y los materiales a utilizar a
las temperaturas y humedades que se vayan a tener en la obra civil, para
observar la compatibilidad del aditivo con otros aditivos y con los materiales a
emplear, así como los efectos en las propiedades del concreto fresco y
endurecido. Deben seguirse las instrucciones recomendadas por el fabricante y
por los ensayos realizados en el laboratorio.
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Existen varios tipos de aditivos:
http://dei.uca.edu.sv/mecanica/Facilitadores/PM%20Alfabetico2.htm (abril
2006)
CLASIFICACION DESCRIPCION
ADITIVOS INCLUSORES
DE AIRE
Son utilizados para mejorar la trabajabilidad, la durabilidad de
los morteros o concretos que estén expuestos a la
intemperie o deterioro por acción de sustancias químicas, según norma ASTM C260. Dentro de los materiales que se
pueden utilizar se encuentran: sales de resinas de madera,
algunos detergentes sintéticos, sales de lignina sulfonatada,
sales de ácidos de petróleo, sales de material proteináceo,
etc.
ADITIVOS
REDUCTORES DE AGUA
Se emplean para disminuir la cantidad de agua de mezclado
requerida para producir un concreto con un cierto
revenimiento, reducir la relación agua/cemento, o para
aumentar el revenimiento. (ver norma ASTM C495).
ADITIVOS
RETARDANTES
Se emplean para aminorar la velocidad de fraguado del
concreto, sin bajar la temperatura inicial de éste, para
compensar el efecto acelerante que tiene el clima cálido en el fraguado, y para retrasar el fraguado para aplicar procesos de acabado especiales, (ver norma ASTM C495). Algunos de los materiales utilizados son: lignina, bórax, azúcares.
ADITIVOS
ACELERANTES
Se emplean para acelerar el desarrollo de la resistencia del
mortero o concreto y además aceleran el fraguado, (ver
norma ASTM C494). Algunos de los materiales que se pueden utilizar son: cloruro de calcio, trietanolamina, tiocianato de sodio, formato de calcio, nitrito de calcio,
ADITIVOS
SUPERPLASTIFICANTES
Son aditivos reductores de agua de alto rango, que se
agregan a los concretos de revenimiento y relación
agua/cemento bajos a normales para producir concretos
fluidos de alto revenimiento, aumentan la fluidez del
concreto y retrasan el fraguado, según especificaciones
ASTM C1017 y C494.
ADITIVOS MINERALES
FINAMENTE DIVIDIDOS
Son materiales pulverizados que se agregan al concreto
antes del mezclado o durante éste para mejorar o transformar
algunas de las propiedades del mortero o del concreto en
estado plástico o endurecido. escoria de alto horno granulada
molida (ASTM C989), Las puzolanas sirven para mejorar la
trabajabilidad, la plasticidad, la resistencia a los sulfatos, reducen la permeabilidad y el calor de hidratación, dentro de los materiales que se utilizan como puzolánicos encontramos: tierras diatomáceas, horstenos, opalinos, arcillas, pizarras, tufas volcánicas, pumicitas, cenizas volantes, etc (ASTM C618).
Otros aditivos.
Colorantes: pigmentos que se añaden al cemento para modificar el color y está
formado por óxidos metálicos. Se da color al concreto haciendo uso de
materiales naturales y sintéticos por razones estéticas y de seguridad. Materiales
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que se pueden utilizar: negro de humo modificado, óxido de hierro, tierra de
sombra, óxido de cromo, óxido de titanio, azul cobalto (ASTM C979).
Deben cumplir con tener un alto poder de coloración, gran facilidad para
mezclarse con el cemento, que sea insoluble en el agua, que sean estables a la
luz y al ambiente, además de a los ambientes agresivos, que no alteren el
proceso de fraguado del hormigón.
Anticongelantes: se usan cuando el concreto está a bajas temperaturas y se
utilizará hasta una temperatura de -14ºC.
Impermeabilizantes: son repelentes al agua y actúan cerrando el sistema poroso
del hormigón mediante unas sustancias químicas en el fraguado del concreto.
Este no es totalmente efectivo. Disminuyen la permeabilidad en el concreto. Se
pueden utilizar materiales tales como: humo de sílice, cenizas volantes (ASTM
C618), escoria sólida (ASTM C989), puzolanas naturales, látex, etc
Expansores: provocan expansión antes de que se presente el fraguado, se usan
algunos de los materiales siguientes: polvo de aluminio, jabón de resina y goma
vegetal o animal, saponina y proteínas hidrolizadas
Inhibidores de corrosión: se utilizan para reducir el avance de la corrosión del
acero en un ambiente con cloruros y se utilizan materiales tales como: nitrito de
calcio, nitrito de sodio, benzoato de sodio, algunos fosfatos o fluosilicatos.
Fungicidas, germicidas e insecticidas: Inhiben o controlan el crecimiento de
bacterias y hongos. Dentro de los materiales que se utilizan son: fenoles
polihalogenados, emulsiones de dieldrin o compuestos de cobre.
Aditivos para morteros: ajustan propiedades de los morteros para aplicaciones
específicas, ver los aditivos inclusores de aire, acelerantes, retardantes y agentes
para la trabajabilidad
Exclusores de aire: Disminuyen el contenido de aire. Algunos de los materiales
son: fosfato tributilo, italato dibutilo, alcohol octilo, ésteres insolubles al agua de
ácido carbónico, bórico y silicones.
Adhesivos: Se agregan a las mezclas de cemento portland para incrementar la
adherencia entre un concreto viejo y no nuevo. Los materiales que se pueden
utilizar son: hule, cloruro de polivinilo, acetato de polivinilo, acrílicos,
copolímeros de butadienoestireno.
Aditivos químicos para reducir la reactividad con los álcalis: Reducen la
expansión provocada por la reactividad con los álcalis. Dentro de los materiales
que se pueden utilizar se tienen: escoria de alto horno (ASTM C989), puzolanas
(ASTM C618), sales de litio y de bario, agentes inclusores de aire.
Aditivos para bombeo: Mejoran la capacidad de bombeo del concreto. Algunos
de los materiales que se utilizan son: cal hidrata (ASTM C141), cenizas volantes
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(ASTM C618), puzolanas naturales (ASTM C618), floculantes orgánicos,
polímeros orgánicos y sintéticos, etc.
4.8. Control de calidad de morteros y concretos.
La palabra calidad tiene múltiples significados:
http://es.wikipedia.org/wiki/Calidad (abril 2006)
De un producto o servicio es la percepción que el cliente tiene del
mismo.
Conjunto de propiedades inherentes a un objeto que permiten apreciarlo
como igual, mejor o peor que el resto de objetos de los de su especie.
Conjunto de cualidades que pueden definirse como buena, mala o
regular.
Conjunto de propiedades inherentes a un objeto que le confieren
capacidad para satisfacer necesidades implícitas o explícitas.
Conjunto de propiedades y características (implícitas o establecidas) de
un producto o servicio que le confieren su aptitud para satisfacer unas
necesidades implícitas o establecidas.
La función del control de calidad existe primordialmente, como una
organización de servicio, para interpretar las especificaciones establecidas por la
ingeniería del producto y proporcionar asistencia al departamento de fabricación,
para que la producción alcance estas especificaciones. Como tal, la función
consiste en la colección y análisis de grandes cantidades de datos que después se
presentan a diferentes departamentos para iniciar una acción correctiva
adecuada.
Para comprender bien cada función es necesario conocer el concepto de calidad,
la calidad del producto es en muchos aspectos, una característica intangible. La
calidad la establece esencialmente el cliente, y se procura que el diseño y la
fabricación del producto para la venta, satisfaga estos requerimientos.
Estos requerimientos de calidad del cliente los interpreta el proyectista de la
obra, quien establece las especificaciones y marca las tolerancias de los
materiales y procesos constructivos. La ingeniería del proceso es la responsable
de la especificación de las operaciones así como del diseño y consecución del
equipo, lo cual hará que el producto cumpla con las especificaciones. El personal
técnico que dirige la obra utiliza este equipo para producir y la función de
control de calidad asegura que el producto se fabrique conforme a las
especificaciones.
Las especificaciones para el concreto están normalizadas por instituciones como
la ASTM y el ACI; y en el caso de El Salvador, tales documentos son
incorporadas a la Norma Técnica para Control de Calidad de los Materiales
Estructurales.
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Calidad de los componentes del concreto y mortero:
Cemento: debe cumplir las Normas ASTM C-150, C-595 o C-1157 y debe
acopiarse en bodegas protegidas contra humedad y sobre tarimas de madera, en
pilas no mayores de 10 bolsas.
Agua: debe ser potable, sin sabor, ni olor, limpia y libre de sustancias
perjudiciales al concreto (álcalis, sales y materia orgánica).
Agregados: deben cumplir con la ASTM C-33, C-330; deben estar limpios, sin
contaminación por materia orgánica y deben acopiarse de manera que se
garanticen tales características.
Aditivos: deben atenderse las recomendaciones del fabricante y hacer mezclas de
prueba con los agregados y cemento a usar en la obra. Deben cumplir con
ASTM C-494, C-1017. C-618. C-989.
Calidad de la fabricación y colocación del concreto:
Dosificación de la mezcla: el concreto debe dosificarse para la resistencia a la
compresión requerida por el diseño estructural e indicada en los planos del
proyecto. El proporcionamiento de la mezcla debe lograr trabajabilidad,
durabilidad y considerar condiciones de exposición especiales.
Revenimiento: se debe usar el “cono de Abrahams” en muestras de concreto
fresco. Los resultados del revenimiento en campo deben garantizar que el
concreto cumple con el revenimiento de diseño, con una tolerancia del 30%
Mezclado: deberá atenderse las especificaciones del equipo de mezcla. Debe
garantizar uniformidad y evitar la segregación. El concreto premezclado debe
cumplir con ASTM C-94
Transporte: deben usarse métodos que eviten segregación y/o pérdida de
materiales, en una operación continua, manteniendo la plasticidad de la mezcla.
Colocación: el concreto debe depositarse lo más cerca de su ubicación final para
evitar el traspaleo, exceso de vibrado u otro tipo de manejo que provoque
segregación. Debe efectuarse a tal velocidad, que el concreto conserve su
trabajabilidad y fluya fácilmente dentro de los moldes. La temperatura interna
del concreto, al momento de la colocación debe ser de 32º C como máximo. El
concreto debe consolidarse adecuadamente.
Calidad del concreto endurecido.
Ensayos de control en el concreto: se deben tomar muestras de concreto fresco
para ser ensayadas de acuerdo con el "Método para ensayos de cilindros de
concreto a la compresión" (designación C-39 de la ASTM).
La edad normal para ensayos de los cilindros de prueba será de veintiocho (28)
días, pero para anticipar información que permitirá la marcha de la obra sin
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demoras extremas, dos de los cilindros de cada ensayo serán probados a la edad
de siete (7) días, calculándose la resistencia correlativa que tendrá a los
veintiocho (28) días. En casos especiales, cuando se trate de concreto de alta
resistencia y ejecución rápida, es aceptable la prueba de cilindros a las 24 horas,
sin abandonar el control con pruebas a 7 y 28 días. Durante el avance de la obra,
se podrán tomar las muestras o cilindros al azar que se consideren necesarios
para controlar la calidad del concreto.
Se debería hacer una prueba de rotura por cada diez metros cúbicos de mezcla a
colocar para cada tipo de concreto. Cuando el volumen de concreto a vaciar en un
(1) día para cada tipo de concreto sea menor de diez metros cúbicos, se sacará
una prueba de rotura por cada tipo de concreto o elemento estructural, o como lo
indiquen las especificacions Técnicas del Proyecto
Las pruebas serán tomadas separadamente de cada máquina mezcladora o tipo de
concreto y sus resultados se considerarán también separadamente, o sea que en
ningún caso se deberán promediar juntos los resultados de cilindros provenientes
de diferentes máquinas mezcladoras o tipo de concreto. La resistencia promedio
de todos los cilindros será igual o mayor a las resistencias especificadas, y por lo
menos el 90% de todos los ensayos indicarán una resistencia igual o mayor a esa
resistencia. En los casos en que la resistencia de los cilindros de ensayo para
cualquier parte de la obra esté por debajo de los requerimientos anotados en las
especificaciones, se podría ordenar o no que tal concreto sea removido, o
reemplazado con otro adecuado. Cuando los ensayos efectuados a los siete (7)
días estén por debajo de las tolerancias admitidas, se prolongará el curado de las
estructuras hasta que se cumplan tres (3) semanas después de vaciados los
concretos.
Criterios de aceptación o rechazo: se siguen los lineamientos del Comité ACI
214 que establece un criterio estadístico de aceptación de los resultados.
Ensayos no destructivos. esclerómetro (martillo Schmidt); extracción de
núcleos de concreto endurecido y prueba a la compresión; pruebas de carga en
elementos estructurales; estudio petrográfico en muestras de concreto
endurecido (Astm C-856); módulo de elasticidad; determinación de la
contracción por secado en barras de concreto, ensayo a la flexión de vigas de
concreto; determinación del contenido de cemento en muestras de concreto
endurecido.
Calidad del mortero.
La fabricación de morteros debe cumplir con requisitos mínimos en su
fabricación y colocación:
El agregado fino y el aglutinante son mezclados en seco, este proceso
puede ser manualmente en bateas o con equipo mecanizado (máquina
concretera)
Durante el mezclado se hace la adición de algún material aditivo, para el
caso de mortero fabricado con cemento portland se agrega cal, en
proporción de 0.25 a 0.5 respecto al volumen de cemento, según lo
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especifica la NTDCEM, para aumentar la plasticidad y trabajabilidad del
mortero.
Pueden ser adicionados diferentes tipos de aditivos según el
requerimiento de propiedades especiales en el mortero.
Al tener una mezcla homogénea en seco de los materiales, se agrega el
reactivo, que generalmente es agua, pero que puede variar según el
aglutinante (ej: aglutinantes epóxicos pueden reaccionar con otro
reactivo).
El tiempo de mezclado, una vez que se agrega el agua, no debe ser menor
de 3 minutos, ni mayor de 10 minutos
Al tener una mezcla uniforme y con suficiente plasticidad se procede a su
aplicación, que puede ser en mampostería de bloques de concreto,
ladrillos de arcilla y piedra; acabados: repellos, afinados, pegamento de
ladrillo de piso, enchapados, recubrimientos; en ferrocemento y
pegamento de tuberías.
El mortero no debe ser utilizado después de 1.5 horas de su mezclado
inicial
Los morteros deben cumplirse requisitos de dosificación y resistencia, para el
caso de El Salvador, conforme la norma ASTM C- 270:
TIPOS DE MORTERO
SEGUN ASTM C270
USO RECOMENDADO EN LA CONSTRUCCION
Resistencia a los 28
días (kg/cm
2)
M
Paredes de mampostería sujetas a cargas de compresión, severa acción de la nieve o grandes cargas laterales debidas a presiones de tierra, vientos huracanados o terremotos.
175
S Estructuras que requieren gran resistencia a la flexión en las juntas pero que estarán sujetas únicamente a cargas normales de compresión.
125
N Construcción de paredes interiores y de división. 54
O Paredes no cargadas y paredes de división. Apoyos de mampostería sólida con esfuerzos admisibles de compresión no mayores a 100 psi.
25
De la tabla anterior se desprende que los morteros tipos M y S son usados en
paredes estructurales y debe tenerse especial cuidado en su dosificación,
conforme la Norma Técnica el Diseño y Construcción de Estructuras de
Mampostería:
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Mortero Tipo Cemento
Portland
Cemento de
mampostería
Cal Agregado
M S
Cemento Portland
M 1 - - 1/4
> 2 1/4 y < 3 veces la
suma de los volúmenes
separados de los
materiales cementantes
S 1 - -
1/4
a
1/2
Cemento de
mampostería
M - 1 - -
S - - - -
Fuente: Tomado de NTDCEM del RESESCO [1997:P.6]. Abreviaturas:
ASTM: American Society of Testing and Materials (Sociedad Americana de Pruebas y Materiales).
NTDCEM: Norma Técnica para el Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería.
RESESCO: Reglamento para la Seguridad Estructural de las Construcciones.
4.9. Cálculo de cantidades de materiales.
Para calcular cantidades de materiales por revoltura o por metro cúbico de
mortero/concreto, se debe conocer el aporte sólido de los componentes, a través del
concepto COEFICIENTE DE APORTE, definido como:
K = Vs/V (Ec 1)
Donde:
K = coeficiente de aporte
Vs = volumen sólido del componente
V = volumen total o aparente.
V = Vs + Vv (Ec 2)
Donde Vv = volumen de vacíos
El coeficiente de aporte de un componente se relaciona ìntimamente con los
conceptos de peso volumétrico Pv y Peso Específico Pe:
Pv = W/V (Ec 3)
Pe = W/Vs (Ec 4)
De Ec 3 se tiene V = W/Pv
De Ec. 4 se tiene Vs = W/Pe
Sustituyendo en la Ec, 1:
K= Vs/V = (W/Pe)/(W/Pv)
K = Pv/Pe (Ec. 5)
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TABLA DE COEFICIENTES DE APORTE (K)
Arena gruesa (naturalmente humeda) 0.63
Arena Mediana (naturalmente humeda) 0.60
Arena gruesa seca 0.67
Arena fina seca 0.54
Cal en pasta 1.00
Cal en polvo 0.45
Canto rodado o grava 0. 5 a 0.66
Cemento Portland 0.47
Cemento Blancos 0.37
Mármol granulado 0.52
Piedra partida 0.51
PESOS ESPECIFICOS DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION (Kg./m3)
Arena seca 1450
Arena naturalmente húmeda 1650
Arena muy mojada 2000
Cal viva en terrones 900-1100
Cal hidráulica viva, en polvo 850-1150
Cal en pasta 1300
Cemento Pórtland 1200-1400
Cemento Blanco 1100
Canto Rodado (Grava) 1750
CONCRETO armado 2400
CONCRETO SIMPLE 2000 - 2200
Ladrillos de barro artesanales 1350-1600
Ladrillos de barro industriales 1580
Mampostería de Piedra 2250
Mármol 2700-2800
Mortero de Cal y Arena fraguado 1650
Mortero de Cemento, Cal y Arena fraguado 1700-1900
Porcelana 2400
Tierra arcillosa seca 1600
Tierra Húmeda 1850
Yeso en polvo 1200
El volumen sólido del concreto endurecido no es igual a la suma de los volúmenes
aparentes de sus componentes, pues existe la densificación de las partículas y el
efecto del aire atrapado.
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Considerando que se tiene una dosificación en volumen
1 : a : g
Esta relación significa que por Una parte de cemento se mezclan “a” partes de arena
y “g” partes de grava; entonces, para un determinado Volumen total o aparente de
cemento a usar (Vc), se tendrían que mezclar:
Volumen total o aparente de arena a mezclar: Va= a Vc
Volumen total o aparente de grava a mezclar: Vg= gVc
Conociendo los coeficientes de aporte por pruebas de laboratorio:
Kc = coeficiente de aporte del cemento
Ka = coeficiente de aporte de la arena
Kg = coeficiente de aporte de la grava
El volumen sólido del concreto endurecido será:
Vs concreto = Kc (Vc) + Ka (Va) + Kg (Vg) (Ec 6)
Pero como existen vacíos al interior del concreto generados por aire atrapado y
poros, (Vv) el volumen aparente o total del concreto endurecido sería:
V concreto = Vs concreto + Vv
Si se expresa el volumen de vacíos en términos de un porcentaje α del volumen
sólido:
Vv = α Vs concreto
V concreto = (1+ α) Vs concreto (Ec 7)
Conocidos los aportes sólidos de los componentes y estableciendo un volumen de
vacíos razonable para el concreto endurecido, se pueden calcular las cantidades de
materiales para un metro cúbico de concreto:
De la Ec 7:
Vs concreto = V concreto / (1+ α) (Ec 8)
Sustituyendo en Ec 6:
V concreto / (1+ α) = Kc (Vc) + Ka (Va) + Kg (Vg)
V concreto= (1+ α) [Kc (Vc) + Ka (Va) + Kg (Vg)] (Ec 9)
Sabiendo que Va = aVc y Vg = gVc y sustituyendo en la Ec 9:
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V concreto= (1+ α) [Kc (Vc) + Ka (aVc) + Kg (gVc)]
V concreto= (1+ α) Vc [Kc + Ka (a) + Kg (g)] (Ec 10)
De donde se puede despejar la variable Vc (volumen aparente de cemento a usar para
un volumen V de concreto endurecido):
Vc = V concreto / (1+ α) [Kc + Ka (a) + Kg (g)] (Ec 11)
Conocida la cantidad Vc es fácil calcular Va y Vg a través de la relación volumétrica
1:a: g:
Va = aVc
Vg = gVc
Ejemplo:
Dosificación volumétrica: 1:2:3,
Volumen de vacío 10% del volumen sólido del concreto
Ahora para obtener el volumen sólido de la mezcla hay que recurrir a los coeficientes
de aportes antes indicados
Vc = 1 x 0.47 = 0.47 u³
Va = 2 x 0.67 = 1.34 u³
Vg = 3 x 0.5 = 1.50 u³
Vs concreto = 3.31 u³
Considerando un 10% de vacíos: Vv = 0.33 u³
V concreto = 3.64 u³
Cantidad de materiales para un metro cúbico de concreto endurecido
V concreto = 1.0 m³; α = 0.1
Vc = V concreto / (1+ α) [Kc + Ka (a) + Kg (g)] (Ec 11)
Vc = 1m³ /3.64 m³ = 0.2747 m³ de cemento ~ 9.7 bolsas
Va = a Vc = 2 (0.2747 m³) = 0.549 m³ ~ 0.55
Vg = g Vg = 3 (0.2747 m³) = 0.824 m³~ 0.82
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Por lo tanto para hacer 1 m3 de concreto 1:2:3, considerando un 10% de vacíos, se
requieren de 9.7 bolsas de cemento; 0.55 m3 de arena en bruto y 0.82 m3 de grava.